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量子力学和经典力学的区别与联系

量子力学和经典力学的区别与联系
量子力学和经典力学的区别与联系

量子力学和经典力学在的区别与联系

摘要

量子力学是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。它的出现使物理学发生了巨大变革,一方面使人们对物质的运动有了进一步的认识,另一方面使人们认识到物理理论不是绝对的,而是相对的,有一定局限性。经典力学描述宏观物质形态的运动规律,而量子力学则描述微观物质形态的运动规律,他们之间有质的区别,又有密切联系。本文试图通过解释、比较,找出它们之间的不同,进一步深入了解量子力学,更好的理解和掌握量子力学的概念和原理。

经过量子力学与经典力学的对比我们可以发现,量子世界真正的基本特性:如果系统真的从状态A跳跃到B的话,那么我们对着其中的过程一无所知。当我们进行观察的时候,我们所获得的结果是有限的,而当我们没有观察的时候系统正在做什么,我们都不知道。量子理论可以说是一门反映微观运动客观规律的学说。经典物理与量子物理的最根本区别就是:在经典物理中,运动状态描述的特点为状态量都是一些实验可以测量得的,即在理论上这些量是描述运动状态的工具,实际上它们又是实验直接可测量的量,并可以通过测量这些状态量来直接验证理论。在量子力学中,微观粒子的运动状态由波函数描述,一切都是不确定的。但是当微观粒子积累到一定量是,它们又显现出经典力学的规律。

关键字:量子力学及经典力学基本内容及理论量子力学及经典力学的区别与联系

目录

三、目录

摘要 (1)

关键字 (1)

正文 (3)

一、量子力学及经典力学基本内容及理论 (3)

1.1 经典力学基本内容及理论 (3)

1.2 量子力学的基本内容及相关理论 (3)

二、量子力学及经典力学在表述上的区别与联系 (4)

2.1 微观粒子和宏观粒子的运动状态的描述 (4)

2.2 量子力学中微观粒子的波粒二象性 (5)

三、结论:量子力学与经典力学的一些区别对比 (5)

参考文献 (6)

量子力学和经典力学在的区别与联系

一、量子力学及经典力学基本内容及理论

1.1经典力学基本内容及理论

经典力学是在宏观和低速领域物理经验的基础上建立起来的物理概念和理论体系,其基础是牛顿力学(宏观物体运动规律),麦克斯韦电磁学(场的运动规律)以及热力学与统计物理学(物质的热运动规律)。

牛顿三大运动定律和万有引力定律作为牛顿力学的两大核心。它们分别从力作用下物体的运动及物体之间的基本相互作用力。牛顿力学解决了宏观低速物体运动的很多问题,为经典力学研究奠定了很好的理论基础。

作为电磁学中最基本的实验定律概括、总结和提高。麦克斯韦方程组其基本表达式如下:

0D B B E t D H j t ρ??=????=??????=-??????=+???

(1) 该方程反组映出一般情况下电荷电流激发电磁场以及电磁场内部运动的规律。麦氏方程揭示了电磁场可以独立于电荷与电流之外而存在,解决了电磁波的传播和辐射等问题,是经典电动力学的基础。

统计热力学从粒子的微观性质及结构数据出发,以粒子遵循的力学定律为理论基础;用统计的方法推求大量粒子运动的统计平均结果,以得出平衡系统各种宏观性质的值。其研究对象是大量粒子构成的集合体,通过统计力学的方法,应用几率规律和力学定理求出大量粒子运动的统计规律。它揭示了体系宏观现象的微观本质,可以从分子或原子的光谱数据直接计算体系平衡态的热力学性质。但是由于其不涉及粒子的微观性,不能阐明体系性质的内在原因,不能给出微观性质与宏观性质之间的联系,不能对热力学性质进行直接的计算。

1.2量子力学的基本内容及相关理论

19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候,一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。瑞利和金斯也提出了空腔辐射的能量密度按波长来表示的瑞利金斯公式:

4(,)8kT T d d ωλλπλλ

= (2) 但是瑞利-金斯公式在长波或高温情况下,同实验结果相符,但在短波范围,能量密度则迅速地单调上升,同实验结果矛盾。瑞利-金斯公式的这一严重缺陷,在物理学史上称作“紫外灾难”,它深刻揭露了经典物理的困难,从而对辐射理论和近代物理学的发展起了重要的推动作用。

德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设:在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hV 为最小单位,一份一份交换的。这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性,而且与辐射能量和频率无关,并由振幅确定的基本概念直接相矛盾,无法纳入任何一个经典范畴。量子力学描述了微观粒子的运动规律,理性

的解释了大量经典力学无从解释的空白。

量子力学是关于微观粒子运动的一门科学,其核心内容是描述微观粒子的波粒二象性——微观粒子的运动规律类似于波的运动;而微观粒子在被一些实验手段测量时又体现经典粒子的性质,如,具有动量、质量、电荷——这看似矛盾的性质被统一于物质波的概念中。其中量子力学的五个基本假设是我们了解量子力学的基础,这五个基本假设分别是:

波函数对于一个微观体系,它的状态和有关情况可用波函数),..(t z y x ψ表示。不含由时间的波函数)..(z y x ψ称为定态波函数。由于空间某点波的强度与波函数绝对值的平方成正比,即在该点附近找到粒子的几率正比于ψψ*所以通常用波函数ψ描述的波称为几率波,将ψψ*称为几率密。

力学量和算符,所谓算符是指对某一函数进行运算操作,规定运算操作性质的符号。对一个微观体系的每个可观测的力学量都对应着一个线性轭米算符。

如A ?满足2

121??)(?ψψψψA A A +=+则A ?为线性算符。 本征态、本征值和Schrodinger 方程,若某一力学A 的算符A

?作用于某一状态函数ψ后,等于某一a 乘以1ψ:ψψa A

=?那么ψ所描述的这个微观体系的状态,其力学A 具有确定的数值a,a 称为力学量算符A

?的本征值,ψ称为A ?的本征态或本征波函数。上式称为 的本征方程。

Schrodinger 方程:

222?()8h V E m

ψψπ-?+= (3) 式中ψ不含时间称为定态,E 为能量。

态叠加原理,若1ψ , 2ψ …n ψ为某一微观体系的可能状态,由它们线性组合所得的 也是该体系可能存在的状态

∑=+++=I

i i n n c c c c ψψψψψ 2211 (4)

式中c1,c2,…cn 为任意常数。

泡利不相容原理,在同一原子轨道或分子轨道上,至多只能容纳两个电子,这两个电子的自旋状态必须相反。或者说两个自旋相同的电子不能占用相同的轨道。泡利原理指出:对于电子,质子,中子等自旋量子数S 为半整数的体系,描述其运动状态的完全波函数必须是反对称波函数。

二、 量子力学及经典力学在表述上的区别与联系

2.1微观粒子和宏观粒子的运动状态的描述

由于微观粒子具有波粒二象性,微观粒子所遵从的运动规律不同于宏观物体的运动规律,描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。

在经典力学中,质点的运动状态由坐标r与动量p(或速度v)描述;电磁学中,场的运动状态由电场强度E(r,t)与磁感应强度B(r,t)描述。在经典物理中,对物体运动状态描述的特点为状态量都是一些实验可以测得的量,物理量都是有实在的物理意义。而在量子力学中,微观粒子的运动状态由波函数ψ描述。波函数ψ却不是实验直接可测的,波函数没有实际的物理意义,波恩对它的统计诠释,才赋予了它物理意义。量子力学中的波函数一般是一个复数,波函数ψ是从宏观的角度分析计算而得的,因此可认为波函数描述的是这些本征态的线性叠加,粒子部分处在本征态ψ1部分在ψ2........部分在ψn,实际这种理解只是为了简化微观世界的复杂性,因为微观世界的粒子运动具有太多的不确定性,没有经典物理中轨道的概念,我们永远无法知道下一时刻这个被研究的粒子会出现在什么地方。所以,对此量子力学能做的就是从宏观的角度计算出它的所有本征态和每个本征态出现地点概率,至于何时出现在哪,永远无法得知。这也是量子力学与经典力学的最大不同处。

2.2量子力学中微观粒子的波粒二象性

量子力学中微观粒子的波粒二象性,它的运动要用波函数来描写;而宏观粒子只有粒子性,没有波动性,它的运动状态用坐标随时间的变化规律来描写。

在量子力学中,一个物理体系的状态由态函数表示,态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程,该方程预言体系的行为,物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示;测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作,对应于代表该量的算符对其态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。

在经典力学中,用质点的位置和动量(或速度)来描写宏观质点的状态,这是质点状态的经典描述方式,它突出了质点的粒子性。由于微观粒子具有波粒二象性,粒子的位置和动量不能同时有确定值(见测不准关系),因而质点状态的

经典描述方式不再适用于对微观粒子状态的描述。为了定量地描述微观粒子的状态,量子力学中引入了波函数,并用ψ表示。一般来讲,波函数是空间和时间的函数,并且是复函数,即ψ=ψ(x,y,z,t)。

在经典力学中,声波和光波都遵从叠加原理。量子力学中的态叠加原理,作为量子力学的另一基本原理,是量子力学原理的一个基本假设。该原理的观点:若ψ1和ψ2是体系的两个可能的态,则它们的线性叠加ψ=c1ψ1+c2ψ2也是体系可能的状态。相叠加的态可以扩展为n个甚至无穷个。而且叠加是线性的,叠加系数是复常数。学者们认为量子叠加是由微观粒子波粒二象性引起的,这种叠加可以解释微观粒子的干涉现象。

三、结论:量子力学与经典力学的一些区别对比

量子力学与经典力学对照表

薛定谔方程:牛顿方程:

四、参考文献

【1】物理学史郭奕玲, 沈慧君编著清华大学出版社 2005.8 7 【2】量子力学教材周世勋编人民教育出版社 1979.2

【3】量子力学教程曾谨言著科学出版社 2003 7

【4】量子力学张永德等编著科学出版社 2005 7

量子力学发展简史

量子力学发展简史 摘要: 相对论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入能量子概念的基础上发展起来的,爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难,进行了开创性的工作,先后提出电子自旋概念,创立矩阵力学、波动力学,诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925 年到1928年形成了完整的量子力学理论,与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词:量子力学,量子理论,矩阵力学,波动力学,测不准原理 量子力学是研究微观粒子(如电子、原子、分子等)的运动规律的物理学分 支学科,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础,是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础,但对于高速运动的物体和微观条件下的物体,牛顿定律不再适用,相对论解决了高速运动问题;量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下,粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量,微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的,量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节,只能给出相对机率,为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论,并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架,是对经典物理学在微观领域的一次革命。 它有很多基本特征,如不确定性、量子涨落、波粒二象性等,在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象,目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一,而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初,物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界;许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展,表明微观粒子不仅具有粒子性,同时还具有波动性(参见波粒二象性),微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡,玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时,得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展,它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态,以薛定谔方程确定波函数的变化规律,并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时,也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时,量子力学必须与狭义相对论结合起来(相对论量子力学),并由此逐步建立了现代的量子场论。

量子力学思考题及解答

1、以下说法是否正确: (1)量子力学适用于微观体系,而经典力学适用于宏观体系; (2)量子力学适用于η不能忽略的体系,而经典力学适用于η可以忽略的体系。 解答:(1)量子力学是比经典力学更为普遍的理论体系,它可以包容整个经典力学体系。 (2)对于宏观体系或η可以忽略的体系,并非量子力学不能适用,而是量子力学实际上已 经过渡到经典力学,二者相吻合了。 2、微观粒子的状态用波函数完全描述,这里“完全”的含义是什么? 解答:按着波函数的统计解释,波函数统计性的描述了体系的量子态。如已知单粒子(不考虑自旋)波函数)(r ? ψ,则不仅可以确定粒子的位置概率分布,而且如粒子的动量、能量等其他力学量的概率分布也均可通过)(r ? ψ而完全确定。由于量子理论和经典理论不同,它一般只能预言测量的统计结果,而只要已知体系的波函数,便可由它获得该体系的一切可能物理信息。从这个意义上说,有关体系的全部信息显然已包含在波函数中,所以说微观粒子的状态用波函数完全描述,并把波函数称为态函数。 3、以微观粒子的双缝干涉实验为例,说明态的叠加原理。 解答:设1ψ和2ψ是分别打开左边和右边狭缝时的波函数,当两个缝同时打开时,实验说明到达屏上粒子的波函数由1ψ和2ψ的线性叠加2211ψψψc c +=来表示,可见态的叠加不是概率相加,而是波函数的叠加,屏上粒子位置的概率分布由222112 ψψψ c c +=确定,2 ψ中 出现有1ψ和2ψ的干涉项]Re[2* 21* 21ψψc c ,1c 和2c 的模对相对相位对概率分布具有重要作用。 4、量子态的叠加原理常被表述为:“如果1ψ和2ψ是体系的可能态,则它们的线性叠加 2211ψψψc c +=也是体系的一个可能态”。 (1)是否可能出现)()()()(),(2211x t c x t c t x ψψψ+=; (2)对其中的1c 与2c 是任意与r ? 无关的复数,但可能是时间t 的函数。这种理解正确吗? 解答:(1)可能,这时)(1t c 与)(2t c 按薛定谔方程的要求随时间变化。

量子力学的发展综述

量子力学的发展综述 量子力学是对经典物理学在微观领域内的一次革命,是现代物理学的基础,它从根本上否定了牛顿物理学。本文带大家再次回到那个伟大的年代,再次简要回顾下那场史诗般壮丽的革命。 标签:量子力学发展量子多世界解释 量子理论的中心思想是一切东西都是由不可预言的量子构成,但这些粒子的统计行为遵循一种可以预言的波动图样。简简单单的一句话,深入研究起来确实那样令人困惑,整个20世纪的物理学家们就是在不断的量子的迷雾中摸索着。现在我们也要沿着他们的航线领略一下量子理论奇。 一、量子的创生 19世纪末,物理学界取得了一系列举世瞩目的成就,当人们为所谓的物理学大厦已经根深蒂而感到皆大欢喜时,几个悬而未决的谜题却一直困扰着高瞻远虑的物理学家们[1]。“在物理学阳光灿烂的天空中飘浮着两朵小乌云”这句话在几乎每一本关于物理学史的书籍中被反复提到,具体一些的话,指的是人们在迈克尔—莫雷实验和黑体辐射研究中的困境。这两朵乌云带来的狂风暴雨,远远超出了人们的想象:第一朵乌云,最终导致了相对论革命的爆发;第二朵乌云,最终导致了量子论革命的爆发。1900年,普朗克在解决黑体辐射问题时,做了一个假定,“必须假定,能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的。”普通的一个假设,却推翻自牛顿以来200多年,曾被认为坚固不可摧毁的物理世界。这与有史以来的一切物理学家的观念截然相反,自牛顿和伽利略以来,一切自然的过程都被当成是连续不间断的,是微积分的根本基础,牛顿、麦克斯韦那庞大的体系,都是建立在这个基础之上,从没有人怀疑过这个物理学的根基。1900年12月14日,量子的诞辰,这一天,量子这个幽灵从普朗克的方程中脱胎而出。这个幽灵拥有彻底的革命性和无边的破坏力,物理学构成的精密体系被摧毁成断壁残垣,甚至推动量子论的某些科学家最终也站到了它的对立面。量子论这场前所未有的革命,从这个叫马克思·普朗克的男人这里开始了。 二、量子力学的建立和论战 量子这个概念已经诞生了,然而他的创造者普朗克却抛弃了它,不断地告诫人们,不到万不得已不要使用,不要胡思乱想。不怪普朗克本人畏首畏尾,实在是量子这个概念太过惊世骇俗,但是接下来一系列的成就证明了它的价值:1.为了解释光电效应,1905年爱因斯坦提出光量子论,揭示了光的波粒二象性;2.玻尔结合原子的核式结构模型和量子论,1913年提出了氢原子理论;3.德布罗意从光量子理论得到启发,于1923年提出物质波假说;4.海森堡抛弃了玻尔的轨道概念,建立了矩阵力学(1925年)[2]。海森堡建立矩阵力学标志着量子力学的建立,但是刚诞生的矩阵力学立刻受到了挑战:薛定谔于1926年把物质波的思想加以发展,建立了波动力学。矩阵力学?波动力学?全新的量子论建立不到一

量子力学发展史

鬼话连篇:荒诞量子力学 原创2017-01-15小学僧老和山下的小学僧 先来个绕口令渲染一下诡异的氛围,量子力学奠基人波尔曾曰:如果你第 一次学量子力学认为自己懂了,那说明你还没懂。” 为了理解这个叹为观止的理论的伟大,只能把起点设得低一些,就从认识论'说起吧!中学僧请跳过,直接看后半篇。 人类为了生存,一直试图认识和解释这个世界。最早的认识论”充满了想象,后来逐渐演化成了宗教”,比如上帝创造了万物。过了一阵子,有些人发现这种认识论"不靠谱,跪了半天祈雨,还不如萧敬腾管用!脑袋瓜好使的人就在思考世界的本源是什么”、东西为什么往下掉”,如此云云。早期的聪明人只是坐在办公室研究世界,于是这种单纯的思辨就慢慢变成了哲学” 大家围坐论道,逼格是挺高,但只能争个面红耳赤,张三说世界在乌龟背上,李四说世界在大象背上。我说哥们儿,你们就不能验证一下吗?当然不能!土鳖才动手,君子只动口,这种风气夸张到什么程度呢?亚里士多德认为女性的牙齿比男性少”,就这么一个理论,愣是被奉为经典几百年。 很长一段时间,大家就是这么靠拍脑袋研究世界。拍着拍着,突然有个家伙灵光一闪,拍出了逻辑思维,做起了实验,这就是伽利略”。伽利略是第一个系统地用严密的逻辑和实验来研究事物的人,这便是科学”的雏形,所以伽利略很伟大,属于一流伟大”这个范畴。 是不是觉得早生几百年,你我都是科学家?别天真了,其实经常以负面形象出现的亚里士多德,绝对属于当时最聪明的人,时代局限性造成的无知”不是无知。 打个补丁,本文说的科学”是单纯的一门学科,而不是形容词。啥意思呢?因为某党的某些需求,科学这个词在国内的意义急剧扩大化,以至于现在科学' 就是真理”的代名词,很多地方可以把科学”和合理”两个词互换。你的做法很科学”,你的做法很合理”,这两句话有区别吗?再看英文版:你的做法很Scienee :这可就是语病了。本文说的科学”就是“Scienee, 是—门学科,而不是理:。

量子力学史简介

近代物理学史论文题目:量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名: 学号: 学院: 2016年12月27

量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论,它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景,甚至对当前科技的进步起着决定性的作用,但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展,与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末,物理学家存在一种乐观情绪,他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善,而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题,比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中,维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式,但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好,而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式,而该公式只在长波波段和实验符合的很好,而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式,普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单,在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式:对于一定频率f的电磁辐射,物体只能以hf为单位吸收

从经典力学到量子力学的思想体系探讨

从经典力学到量子力学的思想体系探讨 一、量子力学的产生与发展 19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候,一系列经典理论无法解释的现象 一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设:在热辐射的产生与吸收过程中能量是以 h为最小单位,一份一份交换的。这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性,而且与辐射能量和频率无关由振幅确定的基本概念直接相矛盾,无法纳入任何一个经典范畴。当时只有少数科学家认真研究这个问题。 著名科学家爱因斯坦经过认真思考,于1905年提出了光量子说。1916年美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果,验证了爱因斯坦的光量子说。 1913年丹麦物理学家玻尔为解决卢瑟福原子行星模型的不稳定(按经典理论,原子中 电子绕原子核作圆周运动要辐射能量,导致轨道半径缩小直到跌落进原子核,与正电荷中和),提出定态假设:原子中的电子并不像行星一样可在任意经典力学的轨道上运转,稳定轨道的作用量fpdq必须为h的整数倍(角动量量子化),即fpdq=nh,n称之为量子数。玻尔又提出原子发光过程不是经典辐射,是电子在不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁过程,光的频率由轨道态之间的能量差△E=hV确定,即频率法则。这样,玻尔原子理论以它简单明晰的图像解释了氢原子分立光谱线,并以电子轨道态直观地解释了化学元素周期表,导致了72号元素铅的发现,在随后的短短十多年内引发了一系列的重大科学进展。这在物理学史 上是空前的。 由于量子论的深刻内涵,以玻尔为代表的哥本哈根学派对此进行了深入的研究,他们对对应原理、矩阵力学、不相容原理、测不准关系、互补原理。量子力学的几率解释等都做出了贡献。 1923年4月美国物理学家康普顿发表了X射线被电子散射所引起的频率变小现象,即 康普顿效应。按经典波动理论,静止物体对波的散射不会改变频率。而按爱因斯坦光量子说这是两个“粒子”碰撞的结果。光量子在碰撞时不仅将能量传递而且也将动量传递给了电子,使光量子说得到了实验的证明。 光不仅仅是电磁波,也是一种具有能量动量的粒子。1924年美籍奥地利物理学家泡利 发表了“不相容原理”:原子中不能有两个电子同时处于同一量子态。这一原理解释了原子中电子的壳层结构。这个原理对所有实体物质的基本粒子(通常称之为费米子,如质子、中

量子力学的发展史及其哲学思想

十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。 这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求,促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时,人们发现了一些新的物理现象,例如黑体辐射,光电效应,原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等,都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性,突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾,从而为发现微观世界的规律打下基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性;玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论,由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设,因而未能反映微观世界的本质。因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。直到本世纪二十年代,人们在光的波粒二象性的启示下,开始认识到微观粒子的波粒二象性,才开辟了建立量子力学的途径。 量子力学诞生和发展的过程,是充满着矛盾和斗争的过程。一方面,新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾,推动人们突破经典物理理论的限制,提出新的思想,新的理论;另一方面,不少的人(其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人),他们的思想不能(或不完全能)随变化了的客观情况而前进,不愿承认经典物理理论的局限性,总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想,新理论纳入经典物理理论的框架之内。虽然本书中不能详细叙述这个过程。尽管这些新现象在十九世纪末就陆续被发现,而量

量子力学与能带理论

量子力学与能带理论 孟令进 专业: 应用物理 班级:1411101 学号:1141100117 摘要:曾谨言先生在《量子力学》一书中用量子力学解释了能带的形成,从定态薛定谔方程出发,将原子中原子实假定固定不动,并且在结构上呈现周期性排列,那么电子则可以看成在原子实以及其他电子的周期性的势场中运动,利用定态薛定谔方程可以解出其能级结构,从而得到能带理论。 一、定态薛定谔方程 1.一维定态薛定谔方程 我们首先利用薛定谔方程解决一类简单的问题,一维定态问题,即能量一定的状态。我们设粒子质量为m ,沿着x 方向运动,势场的势能为V(x),那么薛定谔方程可以写为 ),()(2),(222t x x V x m t x t i ψψ?? ????+??-=?? ,因为处于一定的能量E 状态,定态的波函数可以写为 /)(),(iEt e x t x -=ψψ,两式整理可得,)(x ψ满足的能量本征方程)(),()(2222x E t x x V x m ψψ=?? ????+??- ,或称为一维定态薛定谔方程。求解这个方程时,我们需要带入边界条件,连接条件。 2.定态薛定谔方程与方势垒 在经典力学当中,当一个具有能量E 的粒子射向高度为V 的势垒时,如果E>V ,则粒子能够顺利的越过这个势垒,如果E0的粒子从左方入射,那么在前两个区域的波函数可以用一维定态薛定谔方程解除来,结果如下:

量子力学和经典力学联系的实例分析

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 量子力学与经典力学的联系的实例分析 摘要:量子力学与经典力学研究的对象不同,范围不同,二者之间是不是不可逾越的?当然不是,在一定条件下,二者可以过渡.本文首先对量子力学和经典力学的关系进行了分析,其次通过具体的实例来说明量子力学过渡到经典力学的条件,最后分析出从运动学角度,经典力学向量子力学过渡可归结为从泊松括号向对易得过渡.

关键词:量子力学;经典力学;过渡 从高中到大学低年级,我们所涉及的物理学内容均为经典物理学范畴,经典物理学理论在宏观低速范围内已是相当完善,正如十九世纪末一些物理学家所描述的那样,做机械运动的物体,当运动速度小于真空中的光速时准确地遵从牛顿力学规律;分子热运动的规律有完备的热力学和统计力学理论;电磁运动有麦克斯韦方程加以描述;光的现象有光的波动理论,整个物理世界的重要规律都已发现,以后的工作只要重复前人的实验,提高实验精度,在测量数据后面多添加几个有效数字而已.正因如此为何在学完经典物理学以后还要继续学习近代物理学,如何引入近代物理学就显得格外重要. 毫无疑问近代物理学的产生是物理学上号称在物理学晴朗的天空上“两朵小小的乌云”造成的[1],正是这引发了物理学的一场大革命.这“两朵小小的乌云”即黑体辐射实验和迈克尔逊-莫雷实验.1900年为了解释黑体辐射实验,普朗克能量子的假设,导致了量子理论思想的萌芽,接着光电效应、康普顿效应以及原子结构等一系列问题上,经典物理都碰到了无法克服的困难,通过引入量子化思想,这些问题都迎刃而解,这就导致了描述微观世界的理论-量子力学的建立. 在经典物理十分成熟、完备的情况下引入静近代物理学,毫无疑问必须强调以下问题:(1)经典物理学的适用范围是宏观低速运动;(2)19世纪末20世纪初,物理学已经研究到微观现象和高速运动的新阶段;(3)新的研究范畴必须引入新的理论,这样,近代物理学的出现也就顺理成章了. 尽管强调经典物理学的适用范围是宏观低速运动,但碰到微观高速问题,人们依旧习惯于首先用已知非常熟悉的经典物理来解决物理学家如此,我们也不例外.无疑用经典物理学去解决高速微观问题最终必将以失败而告终.然而在近代物理学课程的研究中有意识地首先让经典物理学去碰壁,去得出结论,但结论是矛盾的和错误的,然后,引出近代物理学的有关理论,问题最后迎刃而解[2]. 经典物理学是在宏观和低速领域物理经验的基础上建立起来的物理概念和理论体系,其基础是牛顿力学和麦克斯韦电磁学.近代物理学则是在微观和高速领域物理实验的基础上建立起来的概念和理论体系,其基础是相对论和量子力学,必须指出,在相对论和量子力学建立以后的当代物理学研究中.虽然大量的是近代物理学问题,但也有不少属于经典物理学问题.因此不能说有了近代物理学就可抛弃经典物理学. 量子力学是物理学研究的经验扩充到微观领域的结果.因此,量子力学的建立必然是以经典力学为基础,它们之间存在必然的联系,量子力学修改了物理学中关于物理世界的描述以及物理规律陈述的基本概念.量子力学关于微观世界的各种规律的研究给

量子力学的发展进程

量子力学的发展进程 黑体2014 摘要:简述了量子力学的发展进程。量子力学是近代物理学的重要组成部分,是研究微观粒子(分子、原子、原子核、基本粒子等)运动规律的一种基础理论。它是本世纪二十年代在总结大量实验事实和旧量子论的基础上建立起来的。它的发展曾经引起物理思想上的巨大变革,它产生的影响,绝不局限于物理学和化学这两门学科,而且还涉及人类认识本身的种种基本问题。因此对它的发展进程进行研究有着特别的重要意义。笔者想在这篇文章中对量子力学的发展进程作一简要的回顾,并就自己在学习周世勋《量子力学教程》这门课程中一些疑惑和感想做一说明。 关键词:量子力学;进程;学习心得

The development process of quantum mechanics Abstract:Briefly describes the development process of quantum mechanics. It is an important part of modern physics, quantum mechanics is the study of microscopic particles (molecules, atoms, nuclei, elementary particles, etc.) a basic theory of the motion law. It is in the 20 s of this century in summing up a lot of experimental facts and the old quantum theory established on the basis of it. Its development has caused physical and ideological change, the impact of it, not limited to the physics and chemistry, the two subjects, but also the basic problem of human cognition itself. So the study of its development process has a special significance. In this article the development process of quantum mechanics makes a brief review of, and in their learning Zhou Shixun in the course of the quantum mechanics course some doubts and thoughts. Key words:Quantum mechanics; Process; The learning

量子力学的发展及应用

量子力学论文题目: 量子力学发展历史及应用领域 学生姓名武术 专业电子科学与技术 学号_ 222009322072082 班级2009 级 2班 指导教师张济龙 成绩 _ 工程技术学院 2011年12 月

量子力学发展历史及应用领域 武术 西南大学工程技术学院,重庆 400716 摘要:量子力学发展至今已有一百年了,它发展的道路并不是一帆风顺的。这一百年虽是艰难的,但是辉煌的。此后,人们发现量子力学与现代科技的联系日益紧密,它的发展潜力是不能低估的。本文从两个部分逐次论述了量子力学的发展及应用。第一部分是量子力学的发展,这部分阐述了早期量子论。第二部分是量子力学的应用,这部分阐明了量子力学在固体物理和信息科学中的应用。 关键词:早期量子论;量子力学的发展;量子力学的应用 量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展,它由原子层次的动力学理论,已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上,它已超出物理学范围;它不仅是现代物质科学的主心骨,又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。 建立在量子概念的量子力学及其物理诠释,促使人类的思想观念产生根本性转变;虽然这新概念很抽象,但就目前文明的空前繁荣而言,量子力学所产生的影响是相当广泛的。而看看量子力学的前沿性进展新貌,则会感到心驰神往。 量子力学可谓是量子理论的第二次发展层次,第一次常称作早期量子论,第三次就是量子场论。本文除了论述这三个层次以外,又说了它在现代物理乃至现代物质科学中的地位,阐述了它应用的状况。 一.量子力学的发展 19世纪末20世纪初,人们认为经典物理发展很完美的时候,一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的

经典力学与量子力学中的一维谐振子

经典力学与量子力学中的一维谐振子 物理与电子信息工程学院物理学 [摘要]一维谐振动是一种最简单的振动形式,许多复杂的运动都可分析为一维谐振动。本文以一维谐振子为研究对象,首先讨论经典力学与量子力学中的一维谐振子的运动方程和能量特征,然后分析坐标表象以及粒子数表象下的一维谐振子,最后讨论经典力学与量子力学中的一维谐振子的区别与联系。 [关键词]谐振子经典力学量子力学运动方程能量分布 1 前言 所谓谐振,在运动学中就是简谐振动。一个劲度系数为k的轻质弹簧的一端固定,另一端固结一个可以自由运动的质量为m的物体,就构成一个弹簧振子[1]。该振子是在一个位置(即平衡位置)附近做往复运动。在这种振动形式下,物体受力的大小总是和它偏离平衡位置的距离成正比,并且受力方向总是指向平衡位置。这种情况即为一维谐振子。 一维谐振子在应用上有很大价值,因为经典力学告诉我们只要选择适当的坐标,任意粒子体系的微小振动都可以认为是一些相互独立的振子的运动的集合。普朗克在他的辐射理论中将辐射物质的中心当作一些谐振子,从而得到和实验相符合的结果。在分子光谱中,我们可以把分子的振动近似地当作谐振子的波函数。另外在量子场论中电磁场的问题也能归结成谐振子的形式。因此在量子力学中,谐振子问题的地位较经典物理中来得重要。应用线性谐振子模型可以解决许多量子力学中的实际问题。 本文将以一维谐振子为研究对象,首先分别讨论经典力学与量子力学中一维谐振子的运动方程和能量特征,然后讨论坐标表象以及粒子数表象下的一维谐振子,最后分析经典力学与量子力学中的一维谐振子的区别与联系并简要讨论经典力学与量子力学的过渡问题。从而帮助我们更加深入的理解一维谐振子的物理实质,充分认识微观粒子的波粒二象性。

量子力学和经典力学的区别与联系(完整版)

量子力学和经典力学的区别与联系 量子力学和经典力学在的区别与联系 摘要 量子力学是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。它的出现使物理学发生了巨大变革,一方面使人们对物质的运动有了进一步的认识,另一方面使人们认识到物理理论不是绝对的,而是相对的,有一定局限性。经典力学描述宏观物质形态的运动规律,而量子力学则描述微观物质形态的运动规律,他们之间有质的区别,又有密切联系。本文试图通过解释、比较,找出它们之间的不同,进一步深入了解量子力学,更好的理解和掌握量子力学的概念和原理。 经过量子力学与经典力学的对比我们可以发现,量子世界真正的基本特性:如果系统真的从状态A跳跃到B的话,那么我们对着其中的过程一无所知。当我们进行观察的时候,我们所获得的结果是有限的,而当我们没有观察的时候系统正在做什么,我们都不知道。量子理论可以说是一门反映微观运动客观规律的学说。经典物理与量子物理的最根本区别就是:在经典物理中,运动状态描述的特点为状态量都是一些实验可以测量得的,即在理论上这些量是描述运动状态的工具,实际上它们又是实验直接可测量的量,并可以通过测量这些状态量来直接验证理论。在量子力学中,微观粒子的运动状态由波函数描述,一切都是不确定的。但是当微观粒子积累到一定量是,它们又显现出经典力学的规律。 关键字:量子力学及经典力学基本内容及理论量子力学及经典力学的区别与联系 三、目录 摘要............................................................ ............ ... ... ...... (1) 关键字.................................................................. ...... ... ... ...... (1) 正文..................................................................... ...... ... ... ...... (3) 一、量子力学及经典力学基本内容及理论...... ............ ... ............ ...... ... (3) 经典力学基本内容及理论........................... ...... ......... ...... (3) 量子力学的基本内容及相关理论.................................... ...... (3) 二、量子力学及经典力学在表述上的区别与联系.................. ...... ... ...... (4)

量子力学的历史和发展

量子力学的历史和发展 量子论和相对论是现代物理学的两大基础理论。它们是在二十世纪头30年发生的物理学革命的过程中产生和形成的,并且也是这场革命的主要标志和直接的成果,量子论的诞生成了物理学革命的第一声号角。经过许多物理学家不分民族和国籍的国际合作,在1927年它形成了一个严密的理论体系。它不仅是人类洞察自然所取得的富有革命精神和极有成效的科学成果,而且在人类思想史上也占有极其重要的地位。如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变人们以往的时空观念,那么量子论则很大程度改变了人们的实践,使人类对自然界的认识又一次深化。它对人与自然之间的关系的重要修正,影响到人类对掌握自己命运的能力的看法。量子论的创立经历了从旧量子论到量子力学的近30年的历程。量子力学产生以前的量子论通常称旧量子论。它的主要内容是相继出现的普朗克量子假说、爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子理论。 热辐射研究和普朗克能量子假说 十九世纪中叶,冶金工业的向前发展所要求的高温测量技术推动了热辐射的研究。已经成为欧洲工业强国的德国有许多物理学家致力于这一课题的研究。德国成为热辐射研究的发源地。所谓热辐射就是物体被加热时发出的电磁波。所有的热物体都会发出热辐射。凝聚态物质(固体和液体)发生的连续辐射很强地依赖它的温度。一个物体被加热从暗到发光,从发红光到黄光、蓝光直至白光。1859年,柏林大学教授基尔霍夫(1824—1887年)根据实验的启发,提出用黑体作为理想模型来研究热辐射。所谓黑体是指一种能够完全吸收投射在它上面的辐射而全无反射和透射的,看上去全黑的理想物体。1895年,维恩(1864—1928年)从理论分析得出,一个带有小孔的空腔的热辐射性能可以看作一个黑体。实验表明这样的黑体所发射的辐射的能量密度只与它的温度和频率有关,而与它的形状及其组成的物质无关。黑体在任何给定的温度发射出特征频率的光谱。这光谱包括一切频率,但和频率相联系的强度却不同。怎样从理论上解释黑体能谱曲线是当时热辐射理论研究的根本问题。1896年,维恩根据热力学的普遍原理和一些特殊的假设提出一个黑体辐射能量按频率分布的公式,后来人们称它为维恩辐射定律。普朗克就在这时加入了热辐射研究者的行动。普朗克(1858—1947年)出身于一个书香门第之家,曾祖父和祖父曾在哥廷根大学任神学教授,伯父和父亲分别是哥廷根大学和基尔大学的法学教授。他出生在基尔,青年时期在慕尼黑度过。17岁进慕尼黑大学攻读数学和物理学,后来转到柏林大学受教于基尔

经典力学与量子力学中的一维谐振子

经典力学与量子力学中的一维谐振子 [摘要]一维谐振动是一种最简单的振动形式,许多复杂的运动都可分析为一维谐振动。本文以一维谐振子为研究对象,首先讨论经典力学与量子力学中的一维谐振子的运动方程和能量特征,然后分析坐标表象以及粒子数表象下的一维谐振子,最后讨论经典力学与量子力学中的一维谐振子的区别与联系。 [关键词]谐振子经典力学量子力学运动方程能量分布 1 前言 所谓谐振,在运动学中就是简谐振动。一个劲度系数为k的轻质弹簧的一端固定,另一端固结一个可以自由运动的质量为m的物体,就构成一个弹簧振子[1]。该振子是在一个位置(即平衡位置)附近做往复运动。在这种振动形式下,物体受力的大小总是和它偏离平衡位置的距离成正比,并且受力方向总是指向平衡位置。这种情况即为一维谐振子。 一维谐振子在应用上有很大价值,因为经典力学告诉我们只要选择适当的坐标,任意粒子体系的微小振动都可以认为是一些相互独立的振子的运动的集合。普朗克在他的辐射理论中将辐射物质的中心当作一些谐振子,从而得到和实验相符合的结果。在分子光谱中,我们可以把分子的振动近似地当作谐振子的波函数。另外在量子场论中电磁场的问题也能归结成谐振子的形式。因此在量子力学中,谐振子问题的地位较经典物理中来得重要。应用线性谐振子模型可以解决许多量子力学中的实际问题。 本文将以一维谐振子为研究对象,首先分别讨论经典力学与量子力学中一维谐振子的运动方程和能量特征,然后讨论坐标表象以及粒子数表象下的一维谐振子,最后分析经典力学与量子力学中的一维谐振子的区别与联系并简要讨论经典力学与量子力学的过渡问题。从而帮助我们更加深入的理解一维谐振子的物理实质,充分认识微观粒子的波粒二象性。 2 经典力学中的一维谐振子 在经典力学中基本方程以牛顿定律为基础,研究质点位移随时间变化的规

量子力学和经典力学的区别与联系

量子力学和经典力学在的区别与联系 摘要 量子力学是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。它的出现使物理学发生了巨大变革,一方面使人们对物质的运动有了进一步的认识,另一方面使人们认识到物理理论不是绝对的,而是相对的,有一定局限性。经典力学描述宏观物质形态的运动规律,而量子力学则描述微观物质形态的运动规律,他们之间有质的区别,又有密切联系。本文试图通过解释、比较,找出它们之间的不同,进一步深入了解量子力学,更好的理解和掌握量子力学的概念和原理。 经过量子力学与经典力学的对比我们可以发现,量子世界真正的基本特性:如果系统真的从状态A跳跃到B的话,那么我们对着其中的过程一无所知。当我们进行观察的时候,我们所获得的结果是有限的,而当我们没有观察的时候系统正在做什么,我们都不知道。量子理论可以说是一门反映微观运动客观规律的学说。经典物理与量子物理的最根本区别就是:在经典物理中,运动状态描述的特点为状态量都是一些实验可以测量得的,即在理论上这些量是描述运动状态的工具,实际上它们又是实验直接可测量的量,并可以通过测量这些状态量来直接验证理论。在量子力学中,微观粒子的运动状态由波函数描述,一切都是不确定的。但是当微观粒子积累到一定量是,它们又显现出经典力学的规律。 关键字:量子力学及经典力学基本内容及理论量子力学及经典力学的区别与联系

目录 三、目录 摘要 (1) 关键字 (1) 正文 (3) 一、量子力学及经典力学基本内容及理论……………………………………………… 3 经典力学基本内容及理论 (3) 量子力学的基本内容及相关理论 (3) 二、量子力学及经典力学在表述上的区别与联系 (4) 微观粒子和宏观粒子的运动状态的描述 (4) 量子力学中微观粒子的波粒二象性 (5) 三、结论:量子力学与经典力学的一些区别对比 (5) 参考文献 (6)

量子力学原理及其应用

量子力学原理及其应用 师燕光电8班2012059080029 量子力学是近代自然科学的最重要的成就之一.在量子力学的世界里,一个 量子微观体系的状态是由一个波函数来描述的,而非由粒子的位置和动量描述, 这就是它与经典力学最根本的区别。这是被爱因斯坦和玻尔用“上帝跟宇宙玩掷骰子”来形容的学科,也是研究“极度微观领域物质”的物理学分支,它带来了许许多多令人震惊不已的结论——例如科学家们发现,电子的行为同时带有波和粒子的双重特征(波粒二象性),但仅仅是加入了人类的观察活动,就足以立刻改变它们的特性;此外还有相隔千里的粒子可以瞬间联系(量子纠缠):不确定的光子可以同时去向两个方向(海森堡测不准原理);更别提那只理论假设的猫既死了又活着(薛定谔的猫)?? 诸如以上,这些研究结果往往是颠覆性的,因为它们基本与人们习惯的逻辑思维相违背。以至于爱因斯坦不得不感叹道:“量子力学越是取得成功,它自身就越显得荒诞。” 直到现在,与一个世纪之前人类刚刚涉足量子领域的时候相比,爱因斯坦的观点似乎得到了更为广泛的共鸣。量子力学越是在数理上不断得到完美评分,就越显得我们的本能直觉竟是如此粗陋不堪。人们不得不承认,虽然它依然看起来奇异而陌生,但量子力学在过去的一百年里,已经为人类带来了太多革命性的发明创造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力学的奇妙故事》一书引言中的所述:“量子力学在哪?你不正沉浸于其中吗。” 一、量子计算机 量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是不能同时确定的( )。当计算机芯片的密度很大时(即很小)将导致很大, 电子不再被束缚, 产生 量子干涉效应,而这种干涉效应会完全破坏芯片的功能。为了克服量子力学对计算机发展的限制,计算机的发展方向必然和量子力学相结合,这样不仅可以越过 量子力学的障碍,而且可以开辟新的方向。量子计算机就是以量子力学原理直接 进行计算的计算机.保罗·贝尼奥夫在1981 年第一次提出了制造量子计算机的理论。量子计算机的存储和读写头都以量子态存在的,这意味着存储符号可以是0、1 以及它们的叠加。 近年来的种种试验表明,量子计算机的计算和分析能力都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知,以下两个个特性是令量子计算机优越性的根源所在:存储量大,速度高;可以实现量子平行态。 随着现代科学技术的发展,量子计算机也会逐渐走向现实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关,更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是21 世纪科学技术的最重要的目标之一。 二、晶体管 美国《探索》杂志在线版给出的真实世界中量子力学的一大应用,就是人们早已不陌生的晶体管。1945 年的秋天,美国军方成功地制造出世界上第一台真空管计算机ENIAC。据当时的记载,这台庞然大物总重量超过30 吨,占地面积接近一个小型住宅,总花费高达100 万美元。如此巨额的投入,注定了真空管这种

量子力学的产生与发展

量子力学的产生与发展 量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃,量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明,对人类社会的进步做出重要贡献。 量子的诞生 19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候,一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。1900年德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设:在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hV为最小单位,一份一份交换的。普朗克利用内插法,将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利―金斯公式衔接起来.在1900年提出了一个新的公式。量子论就这样随着二十世纪开始由伟大的物理学家普朗克把它带到我们这个世界来。虽然在围绕原子论的争论过程中,玻尔兹曼(1844—1966年)在反驳唯能论时说过“怎么能说能量就不像原子那样分立存在呢?”这样的话,马赫(1838—1916年)曾经表明化学运动不连续性的观点,但真正把能量不连续的概念引入物理学的是普朗克。因为能量不连续的概念与古典物理学格格不入,物理学界对它最初的反映是冷淡的。物理学家们只承认普朗克公式是同实验一致的经验公式,不承认他的理论性的量子假说。普朗克本人也惴惴不安,因为他的量子假设是迫不得已的“孤注一掷的举动”。他本想在最后的结果中令h→0,但却发现根本办不到。他其后多年试图把量子假说纳入古典物理学框架之内,取消能量的不连续性,但从未成功。只有爱因斯坦最早认识到普朗克能量子概念在物理学中的革命意义。

著名科学家爱因斯坦经过认真思考,于1905年提出了光量子说。1916年美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果,验证了爱因斯坦的光量子说。 量子的青年时代 杂乱的数字以及有趣的台阶想法 从光谱学中,我们知道任何元素都产生特定的唯一谱线。这些谱线呈现什么规律以及为什么会有这些规律,却是一个大难题。拿氢原子的谱线来说吧,这是最简单的原子谱线了。它就呈现为一组线段,每一条线都代表了一个特定的波长。比如在可见光区间内,氢原子的光谱线依次为:656,484,434,410,397,388,383,380……纳米。这些数据无疑不是杂乱无章的,1885年,瑞士的一位数学教师巴尔末(Johann Balmer)发现了其中的规律,并总结了一个公式来表示这些波长之间的关系,这就是著名的巴尔末公式。将它的原始形式稍微变换一下,用波长的倒数来表示,则显得更加简单明了:ν=R(1/2^2 - 1/n^2) 1913年丹麦物理学家玻尔疑惑于卢瑟福原子行星模型的不稳定,建了一所“诺贝尔奖幼儿园”的卢瑟福向他推荐了这个公式。在玻尔眼里,这无疑是一个晴天霹雳,它像一个火花,瞬间点燃了玻尔的灵感,所有的疑惑在那一刻变得顺理成章了,玻尔知道,隐藏在原子里的秘密,终于向他嫣然展开笑颜。一个大胆的想法在玻尔的脑中浮现出来:如同具有一定势能的人从某一层台阶上跳下来一样。台阶数“必须”是整数,就是我们的量子化条件。原子内部只能释放特定量的能量,说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。也就是说,电子只能按照某些“确定的”轨道运行,这些轨道,必须符合一定的势能条件,从而使得电子在这些轨道间跃迁时,只能释放出符合巴耳末公式的能量来。氢原子的光谱线代表了电子从一个特定的台阶跳跃到另外一个台阶所释放的能量。因为观测到的光谱线是量子化的,所以电子的“台阶”(或者轨道)必定也是量子化的,它不能连续而取任意值,而必须分成“底楼”,“一楼”,“二楼”等,在两层“楼”之间,是电子的禁区,它不可能出现在那里。正如一个人不能悬在两级台阶之间漂浮一样。如果现在电子在“三楼”,它的能量用W3表示,那么当这个电子突发奇想,决定

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